李聪
中煤第五建设有限公司第一工程处 江苏 徐州 221006
摘要：通过对以侏罗系中统延安组（J2y）为主富水煤系地层水文地质条件的分析，借鉴邻近矿井在相同煤系地层中采用地面钻孔疏水、井下超前钻孔降水、煤巷施工疏水等矿井水害防治技术，为大海则矿井防治以煤层为主含水层的防治水工作提供了依据，在井筒、井底车场相关硐室以及2煤南（北）翼辅助运输大巷、2煤南（北）翼带式输送机大巷、2#煤南（北）翼回风大巷等施工中进行了探索应用，取得了良好的效果。
[关键词]榆横矿区；富水煤层；水害防治；技术探讨
1 地质水文概况
大海则煤矿位于陕西省榆横矿区，设计生产能力15.0Mt/a。榆横矿区（北区）全区共规划有11个井田，其中邻近的小纪汗矿井、袁大滩矿井、巴拉素矿井开拓进展先于大海则矿井。井田内含煤地层为侏罗系中统延安组（J2y），钻孔揭露该组地层平均厚度为228m，含煤地层中含煤最多达19层。目前，大海则矿井处于以2#组煤为主的一水平大巷开拓初期，该水平布置在2#煤层中，与周边矿井井田内含煤地层同为侏罗系中统延安组。2号煤层厚度4.41～10.97m，平均厚度6.32m，2号煤层在井田内以埋藏浅、厚度大为显著特征，倾角0.6°。煤层结构简单，一般不含或含1层厚0.10～0.35m的粉砂质泥岩夹矸。煤层直接顶板岩性以泥岩、粉砂质泥岩为主，直接底板为泥岩、泥质粉砂岩。
大海则煤矿初步设计说明书以及勘探地质报告显示，矿井正常涌水量为2307m3/h，最大涌水量为3460m3/h。矿井水文地质类型确定为复杂型。本区域2#煤层及顶板中含水量较大。
2 矿井水害因素分析
2.1 含水层及隔水层
（1）含水层
矿井二期井巷工程开拓施工主要涉及的含水层为侏罗系中统延安组（J2y）孔隙裂隙承压水含水层。全井田分布，为本井田含煤地层，据钻探资料，厚度159～313m，平均229m。砂岩以细～中粒砂岩居多，粗粒砂岩次之，且多集中在煤系地层的上部及下部。上部含水层主要为2号煤层顶板至直罗组底界间的厚层中、细粒砂岩含水层，厚度25m左右，水位埋深19.16～42.87m，涌水量为20.07～22.5m3/d，单位涌水量0.0101～0.07197L/s·m，渗透系数0.0050～0.0217m/d，富水性弱。煤系中部粉砂岩、泥岩较丰，砂岩相对较少。该组地层岩石致密，完整，裂隙不发育，渗透性差，富水性弱。
（2）隔水层
新近系静乐组（N2j）局部隔水层，该地层在井田北部局部区域小面积分布，厚度一般为20m左右。主要为红色粘土，是区分第四系淡黄色黄土的明显特征标志。保德组中主要为棕红色粘土、亚粘土，较致密硬塑为相对较好的隔水层。
白垩系及以下岩层中隔水层，从钻孔揭露地层分析，各含水层段中的泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩均呈互层状沉积，岩性粒度小，孔隙率小，胶结致密，一般以水平层理为特征，是井田内上、下含水层段之间相对较好的隔水层。区内全井田分布的侏罗系中统安定组中稳定的厚层泥岩、泥质粉砂岩是阻隔上部萨拉乌苏组和洛河组地下水下渗的隔水层。
2.2 充水危险因素
（1）充水水源
井田内煤层埋深在600m左右，且煤层上部存在多层相对稳定的隔水层，地表水体与煤层的直接充水含水层目前无水力联系，因此，地表水体对矿井充水影响较小。大气降水对矿井的充水影响较小，对矿井充水不构成影响。井田内无矿井老窑。因此地下水是矿井主要的充水水源。含煤岩系上覆地层及自身含煤地层含水层中的地下水，即第四系孔隙潜水、白垩系～侏罗系直罗组孔隙裂隙水及延安组孔隙裂隙水是矿井长期、稳定的充水来源。煤层顶底板含水层中的地下水是形成将来矿井涌水的主要充水水源。
断层是矿井充水的重要通道，通过目前的勘探工作，井田内未发现有较大的断裂构造。虽未发现有较大的断裂构造，但应在采掘过程中加强对断层工作的研究，防患于未然。
（2）天然充水途径
井田内孔隙裂隙充水岩层构成了煤层的直接顶底板，是采掘工作直接揭露的含水层。由于其富水性较弱，其充水形式为淋水、滴水或渗水，水量一般不大。当无其它水源补给时，单个出水点的水量随时间而减少，矿井涌水量初期随巷道掘进长度和回采面积进一步增加，矿井涌水量无明显增大，甚至略有减少。当有其它水源补给时，矿井涌水量可能较大，甚至构成水害。
根据二维、三维地震勘查及钻探等综合勘探结果，井田构造较为简单，二维勘查区内未发现落差大于20m的断层或断点（首采区内未发现大于10m的断层或断点），但在三维区内发现了落差小于5m的断层，共解释9条。其中，切割2号煤层的2条，切割3号煤层的7条，这些断层以SN和NW走向为主。在矿井设计和采掘过程中要对断层水及断层导水作用要引起足够的重视，防止突水灾害的发生。
（3）人为充水通道
影响矿井充水的人为因素有钻孔导水、采掘活动对煤层顶、底板的破坏等。在井巷开拓过程中，要注意井田内钻孔位置，防止钻孔导水事故的发生。矿井采空后形成的顶板冒落带和导水裂隙带可沟通上部含水层，将是地下水进入巷道的主要通道。本矿井直罗组底部及含煤岩系含水层为煤层开采时矿井涌水的主要来源，且持续稳定。矿井的采掘造成底部含水层上部压力的减小，从而使得延安组底部含水层中地下水在水头压力的作用下，造成底板破坏，使煤层底板以下承压水沿裂隙上涌进入巷道，可能形成底板突水灾害。
3 水害防治对策
3.1 井筒施工
在立井井筒施工中，充分考虑了井筒水害给立井开拓带来的影响，井筒采用全井深冻结。施工中加强测温和观测冻结壁，设置临时排水系统，制定应急措施。及时进行壁间和壁后注浆封水等措施[1]。
3.2 井底车场及进入采区前主要巷道开拓
（1）井筒落底进入井底车场及周边硐室施工，在形成井底车场绕道的同时，完成了临时水仓的施工任务。安装临时变电所及泵房，形成二期临时排水系统。优先安排永久水仓、泵房和变电所施工。
（2）在井巷开拓施工期间，根据掘进工作面涌水情况，在巷道内设置多个临时水仓或临时水窝以及沉淀池，通过水泵接力排至临时水仓。
（3）掘进工作面在施工前，对煤层中的承压水进行超前疏水释压，通过超前对水压水流的导控有效控制承压水的水压和流向，保证煤巷在掘进施工前创造安全、快速、高效的作业条件。
（4）采用“先探后疏”，长距离钻孔探明富水区域情况，短钻孔强行疏降。根据巷道实际情况，采用130-150m的常规探水钻孔或500-700m的长距离定向钻孔。
（5）地面疏放水施工占用工期较长，而且疏放水的效率也不理想，井筒施工到底后，利用泄水巷进行煤层底板低位疏放水[2]。
3.3 采区巷道开拓期间水害防治
导水裂隙、顶板水以及上覆岩层的顶板来压，是顺槽施工的主要水害影响因素。2#煤为富水煤层，是矿井的主要含水层，在顺槽施工前，向煤层顶板钻进一定深度和范围的疏水孔，对煤层顶板以及煤层中的承压水实施超前疏放，降低煤层施工的水压，减少和避免了施工时水害的发生[3]。
4 其他加强防治水措施
1.配备防治水专业技术人员和专门探放水队伍、探放水设备，并储备足够的水害应急设备和物资。
2.建立健全水害防治各项管理制度，认真学习贯彻，确保落到实处。
3.授予有关人员紧急避险权，在发现突水征兆、极端天气等可能导致重大险情时，在最短时间内撤出可能受水害威胁区域的所有人员。
4.按照“一面一策”的原则，结合施工计划，编制针对性的防治水计划，并有项目主要负责人组织落实[4]。
5.加强沟通协调，建立水文地质动态监测预报系统，实现对含水层及矿井用水量进行实时动态变化情况的了解。
6.对井下从业人员，特别是防治水专业技术人员经常开展防治水基本知识及新技术、新方法的安全技术教育和培训。
7.及时收集当地气象资料，并对当地有关的地表水体长期进行动态观测，分析其动态规律掌握地表水与地下水的联系。
8.严格执行物探和钻探相互验证的要求，对影响采掘工作面的老空水、富水性的含水层等情况进行排查；对地质水文异常或不明区域等特殊作业环境，采取物探、钻探及其他综合勘探手段查明地质水文条件。查明封闭不良或未封闭的钻孔，并进行封堵，以防钻孔导水事故的发生。
9.采区巷道施工前，必须形成永久排水系统，并能够满足矿井排水的需要；作为水文地质条件复杂矿井，主泵房内预留了一定数量的水泵安装位置，设计强排系统。
10.根据矿井水文地质条件，制定相应的水害应急预案和现场处置方案，开展水害应急预案演练。
参考文献：
[1]方刚.富水煤层巷道掘进探放水技术应用研究[J].能源与环保,2018,40(11):41-45.
[2]吕国庆.小纪汗煤矿富水煤层超前疏降水防治水害实践[J].能源技术与管理,2013,38(05):87-89.
[3]朱南京,李百宜,郝德永.煤层为主含水层矿井水害防治技术研究[J].中国矿业,2016,25(03):83-87.
[4]王晓彪.煤矿地质防治水工作面临的问题及防治措施[J].能源技术与管理,2019,44(01):60-61.